計(jì)算機(jī)仿真在建筑工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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摘要:計(jì)算機(jī)技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)不斷發(fā)展和完善的過程，逐漸在人們的生活中得到普及。在二十一世紀(jì)，形成了計(jì)算機(jī)仿真這一類新型的信息技術(shù)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)顧名思義就是將計(jì)算機(jī)與仿真技術(shù)結(jié)合到一起，由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)也得到了更為廣泛的應(yīng)用，三維化的仿真系統(tǒng)有著非常廣闊的應(yīng)用前景，促進(jìn)了建筑工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的發(fā)展，提高了環(huán)境設(shè)計(jì)的效果和要求。本文分析了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)運(yùn)用到建筑工程設(shè)計(jì)中的重大意義，同時(shí)也探討了將各類仿真技術(shù)與建筑工程設(shè)計(jì)結(jié)合使用過程中遇到的各類問題，旨在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)能發(fā)展得更好，運(yùn)用到更為廣泛的領(lǐng)域中。

關(guān)鍵詞:三維仿真技術(shù);Multigen;實(shí)時(shí)交互技術(shù);3dsMax0

前言

在21世紀(jì)，各種信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都得到了很好的發(fā)展，并逐漸普及到越來越多的普通人生活中。將先進(jìn)的智能化方法運(yùn)用到建筑工程中，可以提升施工技術(shù)和管理水平，對(duì)建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步做出了不少的貢獻(xiàn)［1］。計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)作為世界上最為先進(jìn)的科技之一，顛覆了我國(guó)原有的工程設(shè)計(jì)和施工方式，將其上升到一個(gè)新的層面。計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖形技術(shù)第一次被聯(lián)系起來是在1963年，從此之后，數(shù)字技術(shù)開始直接影響二維和三維的所有設(shè)計(jì)種類。建筑技術(shù)是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的重要代表，更是受到了數(shù)字技術(shù)非常大的影響［2］。在建筑工業(yè)中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以模擬出比較接近真實(shí)情況的圖形圖像，因而得到了廣泛的應(yīng)用，在技術(shù)方面的應(yīng)用主要包括三維仿真軟件和三維建模工具，除此之外，還可以建立三維仿真的模擬平臺(tái)系統(tǒng)，這類系統(tǒng)能運(yùn)用到很多不同的領(lǐng)域，例如模擬工業(yè)建筑物，模擬室內(nèi)設(shè)計(jì)裝飾系統(tǒng)替換之后的效果等，這樣的三維仿真系統(tǒng)往往是集聽覺與視覺一體的。至于在建筑環(huán)境的展示方面，可以先用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)環(huán)境進(jìn)行仿真模擬［3－4］，從而展示給人們接近真實(shí)建筑物的效果，讓人們能夠從不同的角度觀賞建筑的外觀和平面布局等。本文對(duì)目前被人們應(yīng)用的比較廣泛的三維仿真技術(shù)、3DSMax、Multigen實(shí)時(shí)交互技術(shù)等進(jìn)行了深刻分析，找出存在的現(xiàn)實(shí)問題，并為之開發(fā)出更好的應(yīng)用前景［5］。

1計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的概述

1.1基本概念

什么是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)?簡(jiǎn)單來說，它就是將生活中的物理現(xiàn)象借助適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)和物理模型在計(jì)算機(jī)中模擬出來，根據(jù)模擬得出的結(jié)論來分析實(shí)際場(chǎng)變量，這是人類科技上的一大突破，解決了傳統(tǒng)的仿真技術(shù)所解決不了的難題［6］。換句話說，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是在多種技術(shù)如多媒體、傳感技術(shù)、仿真等的共同支持下，對(duì)系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。這種技術(shù)為建筑工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來了非常多的幫助，提高了建筑項(xiàng)目的安全性和經(jīng)濟(jì)性，一定程度上降低了施工過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)［7］。不僅如此，由于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以重復(fù)進(jìn)行多次高仿實(shí)驗(yàn)，還有利于減少工期，提高工程的質(zhì)量。

1.2應(yīng)用特征

受到傳統(tǒng)模式的影響，大多數(shù)人都是根據(jù)以往施工過程中獲取的經(jīng)驗(yàn)來將施工方法和組織進(jìn)行優(yōu)化的［8］。雖然經(jīng)驗(yàn)豐富對(duì)于施工有一定的幫助，但實(shí)質(zhì)上也存在著非常多的局限，在這種情況下開展的建筑工程往往會(huì)伴隨有很多棘手的施工問題。例如:建筑風(fēng)格和設(shè)計(jì)缺乏新意，表現(xiàn)得比較千篇一律，此外還難以控制施工過程中的成本消耗。值得高興的是，隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，人們將其融入建筑設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中，改善了這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)存在的諸多缺陷［9］?，F(xiàn)代社會(huì)中的很多企業(yè)，選擇利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的交互性和仿真性，依照所要建設(shè)工程的具體要求來建立虛擬的三維模型，并模擬出施工的全過程，這個(gè)模擬的全過程能夠被直接觀察到。如此一來，工作人員能夠清晰的了解各種構(gòu)件的作用及其在實(shí)操中位置的重要性，并得出正確的施工安全控制參數(shù)［10］。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是一門綜合性技術(shù)學(xué)科，能夠解決科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)中的種種難題，其主要的特點(diǎn)如下:(1)實(shí)用性。大型建筑系統(tǒng)往往成本較高，而應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)之后成本可降低到原先的10%～20%，同時(shí)設(shè)備可反復(fù)利用;(2)隔離性。在實(shí)際建筑環(huán)境中，影響系統(tǒng)運(yùn)行的因素較多，但是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用可避免系統(tǒng)受到外界的干擾，從而在某種特定條件下，對(duì)建筑系統(tǒng)展開深入探究;(3)安全性。對(duì)建筑系統(tǒng)直接進(jìn)行測(cè)試存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，然而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠弱化危險(xiǎn)系數(shù)，保證系統(tǒng)測(cè)試的安全性;(4)快速性。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用可提升建筑設(shè)計(jì)的效率;(5)預(yù)見性。在建筑設(shè)計(jì)過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)置通常是比較困難的環(huán)節(jié)，對(duì)于這種情況，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可發(fā)揮其設(shè)計(jì)優(yōu)化功能，并提前分析了解系統(tǒng)后續(xù)設(shè)計(jì)工作。

2建筑工程設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1建筑工業(yè)中三維仿真技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是將不同的技術(shù)結(jié)合在一起形成的，從而展現(xiàn)出強(qiáng)大的功能，具體的技術(shù)主要有如下幾種:(1)無縫編輯生物建模技術(shù);(2)貼圖烘培技術(shù);(3)粒子系統(tǒng)技術(shù);(4)MultiGen實(shí)時(shí)交互技術(shù)。三維仿真技術(shù)作為一種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，有著眾多其他技術(shù)所沒有的優(yōu)點(diǎn)，比如效率高、安全保障性好、受環(huán)境的影響小等［11－12］。并且，人們可以根據(jù)不同項(xiàng)目的特定需求，對(duì)時(shí)間和模型的比例大小進(jìn)行改進(jìn)。此種技術(shù)具有鮮明的想象性、沉浸性和交互性［13］。利用仿真系統(tǒng)，將虛擬場(chǎng)景模擬出比較真實(shí)的感覺，往往需要由大量元素共同合成。一般情況下，是根據(jù)以下所敘述的步驟進(jìn)行操作的.譬如在建設(shè)一所新的校園時(shí)，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)改造前，都會(huì)預(yù)先提出幾種不同的設(shè)計(jì)方案［14］。這時(shí)可以利用計(jì)算機(jī)三維仿真系統(tǒng)，將不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬，觀察所設(shè)計(jì)校園的不同立面。在這個(gè)時(shí)候我們要以計(jì)算機(jī)仿真模擬的形象思維來思考研究。主要是使用AutoCAD和3DSMAX來模擬校園建筑物和各種設(shè)施，首先，用AutoCAD來創(chuàng)建三維場(chǎng)景的平面圖，再將平面圖導(dǎo)入3DSMAX中，創(chuàng)建地面模型，3DSMAX造型的立體效果很強(qiáng)，這樣最終得到的校園三維模型會(huì)有一個(gè)很好的仿真效果［15］。

2.2Multigen實(shí)時(shí)交互技術(shù)在構(gòu)建建筑模型中的應(yīng)用

由美國(guó)Multigen－Paradigm公司開發(fā)得到的Mul-tigenCreator系列軟件，不但可以仿真大型的視景效果，還可以創(chuàng)建能給人帶來身臨其境之感的娛樂游戲環(huán)境［16］。它擁有優(yōu)化了的OpenFlight數(shù)據(jù)格式，具有非常強(qiáng)大的功能，能夠高效地生成實(shí)時(shí)三維(RT3D)數(shù)據(jù)庫(kù)，在大部分實(shí)時(shí)仿真領(lǐng)域都占據(jù)著重要地位。

2.3建筑設(shè)計(jì)中3DSMax的應(yīng)用

3DSMax可以以三維形式將建筑虛擬仿真出來，這是其最為顯著的優(yōu)點(diǎn)，利用高超的仿真技術(shù)，將建筑中提出的設(shè)想表現(xiàn)得更加直觀和清晰。3DSMax的渲染功能已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，可以把建筑的環(huán)境場(chǎng)景都模擬的惟妙惟肖。在2012年，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)領(lǐng)域的專家對(duì)圓明園被燒毀的景區(qū)進(jìn)行了復(fù)原再現(xiàn)，模擬出的數(shù)字三維景觀讓全世界都為之驚嘆?，F(xiàn)代仿真技術(shù)的科學(xué)家們根據(jù)清朝初期畫家惲壽平清淡飄逸的風(fēng)格及其沒骨的畫風(fēng)，借助3DSMax等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，將“三山五園”制作成一部唯美又真實(shí)的3D動(dòng)畫，被稱為“夢(mèng)幻圓明園”［17］。喜愛園林藝術(shù)和歷史遺跡的觀眾，不僅可以通過這部3D動(dòng)畫觀賞圓明園的美妙景色，還可以使用“虛擬游園”的功能，領(lǐng)略“萬園之園”的精彩。各種技術(shù)的結(jié)合，使得觀眾不再是單純的觀賞動(dòng)畫，還能通過自身的肢體動(dòng)作控制屏幕中的花開花落，給人一種身臨其境之感。

3結(jié)語

在如今這個(gè)信息化社會(huì)，技術(shù)影響著人們生活的方方面面，不僅改變了人們從前的建筑工藝和都市生活，也使得設(shè)計(jì)形式煥然一新。不過，這對(duì)設(shè)計(jì)師和建筑師來說，又是一個(gè)新的挑戰(zhàn)，他們需要改變自己原來傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和思維，不斷適應(yīng)信息化社會(huì)對(duì)建筑設(shè)計(jì)的新要求。

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作者:陳玉蘭 單位:蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司